JP4462060B2

JP4462060B2 - Ｆｍｃｗレーダ装置

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Publication number: JP4462060B2
Application number: JP2005036709A
Authority: JP
Inventors: 一馬夏目; 優渡辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: DE102006006781A1; US20060181448A1; JP2006220624A; DE102006006781B4; US7339518B2

Description

本発明はＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuos Wave）レーダ装置に関し、特に他のレーダ装置のレーダ波との干渉の発生を精度良く判定することが可能なＦＭＣＷレーダ装置に関する。

他のレーダとの干渉を検出するＦＭＣＷレーダ装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１に開示されたＦＭＣＷ装置では、第１の干渉検出方法として、レーダ波の受信信号の振幅、もしくは受信信号と送信信号との周波数の差に相当するビート信号の振幅と所定の閾値との比較を行う。そして、受信信号もしくはビート信号の振幅が閾値を越える場合に他のレーダとの干渉が発生したと判断する。

また、特許文献１には、第２の干渉検出方法も記載されており、この第２の干渉検出方法では、レーダ波の受信信号の周波数、もしくはビート信号の周波数を、検出範囲の最大値に対応する周波数を閾値として比較する。そして、受信信号もしくはビート信号の周波数が閾値を越える場合に他のレーダとの干渉が発生したと判断する。
特開２００２−１６８９４７号公報

上述した第１の干渉検出方法では、他のレーダとの干渉が発生した場合、自レーダの反射レーダ波に加えて、他のレーダのレーダ波を受信するため、受信信号もしくはビート信号の振幅が他のレーダとの干渉がない場合に比較して増加することを根拠として、受信信号もしくはビート信号の振幅によって他のレーダとの干渉の発生を判断する。

しかしながら、例えば近距離に、レーダ波に対して高い反射率を有する対象物が存在する場合には、その対象物からの反射レーダ波によって振幅（受信レベル）の大きな受信信号が生ずる場合がある。また、ＦＭＣＷレーダ装置においては、常に送信アンテナから受信アンテナへのレーダ波の回り込みがあるため、極低周波数域において、受信信号の受信レベルが最も大きくなる。

このように、他のレーダとの干渉以外に、受信信号の振幅（受信レベル）が大きくなる要因があるため、単に受信信号やビート信号の振幅が閾値よりも大きくなったことに基づいて、精度良く他のレーダとの干渉の発生を判断することは困難である。

また、第２の干渉検出方法では、基本的にビート信号の周波数は検出距離に比例するので、レーダ装置の最大検出距離以下の検出エリア内の対象物によるビート信号の周波数は、最大検出距離に対応する最大周波数よりも小さくなるはずであることを根拠としている。すなわち、ビート信号の周波数が最大検出距離に対応する最大周波数を超える場合には、そのビート信号は、他のレーダとの干渉によって発生したものとみなすのである。

しかしながら、レーダ装置が例えば車両に搭載された場合、レーダ装置の最大検出距離よりも遠方に、ビルや荷物を積載した大型車両等が存在することは、日常的に起こりえる。このようなビルや大型車両の積載物が、レーダ波に対して垂直な広い反射面を持つ場合には、最大検出距離を超えていてもレーダ波の送受信が可能となる。この場合、レーダ装置において、最大検出距離に対応する最大周波数を超える周波数の受信信号が発生する。

このように、ビート信号の周波数が、最大検出距離に対応する最大周波数を超えるのは、他のレーダとの干渉が発生したときに限られない。従って、単にビート信号の周波数が最大検出距離に対応する最大周波数を超えたことに基づいて、他のレーダとの干渉の発生を精度良く検出することはできない。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、他のレーダ装置との干渉の発生を精度良く判定することが可能なＦＭＣＷレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置は、
周波数が上昇及び下降するように周波数変調された送信信号を発生する送信信号発生手段と、
送信信号発生手段によって発生された送信信号をレーダ波に変換して送出するレーダ波送出手段と、
レーダ波が対象物により反射された場合に、その反射レーダ波を受信して受信信号を発生する受信手段と、
送信信号の周波数上昇区間及び周波数下降区間において、受信手段が発生する受信信号と送信信号との周波数の差に相当する上昇区間ビート信号及び下降区間ビート信号をそれぞれ発生するビート信号発生手段と、
ビート信号発生手段によって発生される上昇区間及び下降区間ビート信号を周波数解析してそれぞれのピーク周波数を抽出する周波数解析手段と、
上昇区間ビート信号のピーク周波数と下降区間ビート信号のピーク周波数とに基づいて、対象物との距離及び相対速度を算出する距離・相対速度算出手段とを備えるＦＭＣＷレーダ装置において、
ビート信号発生手段によって発生される上昇区間ビート信号及び下降区間ビート信号の少なくとも一方の、対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波領域に属する周波数成分の信号強度の総和に関連する総和関連値を算出する総和関連値算出手段と、
総和関連値算出手段によって算出される総和関連値に基づいて、他のレーダ装置との干渉が生じたか否かを判定する干渉判定手段とを備えることを特徴とする。

「発明が解決しようとする課題」の欄において説明したように、レーダ装置の検出距離範囲よりも遠方にレーダ波の反射率の高い対象物が存在する場合には、検出距離範囲に対応する周波数よりも高い周波数を持つ受信信号が生じる。従って、単に、検出距離範囲に対応する周波数よりも高い周波数を持つ受信信号が発生したか否かによって、干渉の発生を判定することはできない。ただし、検出距離範囲よりも遠方に、レーダ波に対して高い反射率を持つ多数の対象物が存在する可能性は非常に低い。

一方、他のレーダ装置（ＦＭＣＷ方式のレーダ装置の他、２周波ＣＷ方式、多周波ＣＷ方式、パルス方式、スペクトラム拡散方式のレーダ装置を含む）において送受信される他レーダ波の周波数が、自レーダ装置において送受信される自レーダ波の周波数と近似・重複する場合であって、その他レーダ波を自レーダ装置が受信した場合には、ビート信号発生部において、他レーダ波の受信信号と自レーダ波の送信信号との周波数の差に相当するビート信号が発生される。

ここで、各レーダ装置から全く同じ周波数変調が施されたレーダ波が送信されることは、レーダ方式や製造メーカの相違、さらには製品の個体差からあり得ず、時間経過に伴うレーダ波の周波数変化には差が生じることになる。このため、上述したように、他レーダ波の受信信号と自レーダ波の送信信号との周波数の差に相当するビート信号は、周波数変調における周波数変化の相違に基づいて、低周波から高周波までの広い周波数範囲にわたる周波数成分を持つことになる。この周波数成分の中には、対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数を超える周波数成分も含まれる。

そこで、請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置では、ビート信号発生手段によって発生される上昇区間ビート信号及び下降区間ビート信号の少なくとも一方の、対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波領域に属する周波数成分の信号強度の総和に関連する総和関連値を算出し、その総和関連値に基づいて、他のレーダ装置との干渉が生じたか判定することとした。

上述したように、他レーダ波の受信信号に起因するビート信号は、高周波領域を含む広い周波数範囲にわたる周波数成分を持つ。従って、高周波領域に属する周波数成分の信号強度の総和に関連する総和関連値を算出すれば、他レーダ波を受信しているか、つまり他のレーダ装置との干渉が生じているかを判定できる。

特に、請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置では、高周波領域に属する周波数成分の信号強度の総和に関連する総和関連値を用いるため、他のレーダ装置との干渉の発生を精度良く判定することができる。上述したように、高周波領域の周波数成分は、検出距離範囲よりも遠方のエリアにレーダ波に対して高い反射率を持つ対象物が存在する場合に発生することがあるが、その遠方のエリアに、高反射率の多数の対象物が存在する可能性は非常に低い。このような理由から、高周波領域に属する周波数成分の信号強度の総和に関連する総和関連値が大きく増加するのは、他のレーダ装置との干渉が発生したときに限られるからである。

請求項２に記載したように、周波数解析手段は、上昇区間及び下降区間ビート信号の少なくとも一方の周波数解析を行う際に、対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波領域の周波数成分をも出力するものであって、総和関連値算出手段は、総和関連値として、周波数解析手段から出力される高周波領域の各周波数成分の強度を積分した強度積分値を算出することができる。周波数解析手段は、ＦＭＣＷレーダ装置が、ビート信号のピーク周波数を抽出するために本来備えている構成である。このように、既にＦＭＣＷ装置が備える構成を利用して、高周波領域に属する各周波数成分の信号強度を得ているので、ＦＭＣＷ装置の構成を極力シンプルにすることができる。

また、請求項３に記載したように、総和関連値として、周波数解析手段から出力される高周波領域の各周波数成分の強度の中で、所定の強度判定閾値を越えた強度を持つ周波数成分の数を算出するようにしても良い。他レーダ装置との干渉によって、高周波領域の各周波数成分の強度が全体的に高められている場合には、強度判定閾値を燃えた強度を持つ周波数成分の数が増加する。従って、このような手法によっても、他レーダ装置との干渉を精度良く判定することができる。

請求項４に記載したように、周波数解析手段は、アナログ信号である上昇区間ビート信号及び下降区間ビート信号を所定のサンプリング周波数に従ってサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段を備え、当該Ａ／Ｄ変換手段におけるサンプリング周波数は、高周波領域の最大周波数の少なくとも２倍以上に設定されることが好ましい。標本化定理から、Ａ／Ｄ変換手段におけるサンプリング周波数が、高周波領域の最大周波数の２倍以上に設定されれば、その高周波領域の周波数成分を精度良く出力することができるためである。

なお、請求項５に記載したように、総和関連値算出手段は、高周波領域に属する信号を抽出するフィルタ手段と、このフィルタ手段によって抽出された高周波領域に属する周波数成分ごとの信号強度の積算積算値を、総和関連値として算出する積算手段とから構成することも可能である。このような構成によっても、総和関連値算出手段は、高周波領域に属する各周波数成分の信号強度の総和に関連する総和関連値を算出することができる。

あるいは、請求項６に記載したように、フィルタ手段によって抽出された高周波領域に属する周波数成分の強度の中で、所定の強度判定閾値を越えた強度を持つ周波数成分の数を、総和関連値として算出する成分数算出手段を備えるように構成しても良い。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係わるＦＭＣＷレーダ装置を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるＦＭＣＷレーダ装置の全体構成を表すブロック図である。なお、本実施形態では、ＦＭＣＷレーダ装置を車両に適用し、前方走行車両等の対象物との距離や相対速度を検出する例について説明する。

図１に示すように、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を送信する送信器４を備えている。この送信器４は、マイコン１０から出力される時間に対して周波数が漸増、漸減を繰り返すパターンの信号をデジタルアナログ変換するＤ／Ａ変換器１２と、このＤ／Ａ変換器１２から出力される信号を変調信号として入力し、この変調信号により変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する電圧制御発振器１４と、電圧制御発振器１４の出力を送信信号ｆｓとローカル信号Ｌ０とに電力分配する分配器１６とから構成される。そして、送信信号ｆｓは、送信アンテナＡＳに供給され、ローカル信号Ｌ０は、受信器６へ供給される。

また、本実施形態のレーダ装置２は、先行車両等の対象物によって反射されたレーダ波（以下、反射レーダ波）を受信する、受信アンテナＡＲを備える。反射レーダ波が受信アンテナＡＲで受信されると、受信アンテナＡＲはその反射レーダ波に応じた受信信号ｆｒを発生し、受信器６に与える。

受信器６は、受信アンテナＡＲからの受信信号ｆｒとローカル信号Ｌ０とをミキシングして、これらの信号の周波数差に相当するビート信号を生成するミキサＭＸと、ミキサＭＸで発生されたビート信号を増幅する増幅器ＡＭＰとを備えている。

増幅器ＡＭＰによって増幅されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器８に与えられる。Ａ／Ｄ変換器８は、ビート信号を後述するタイマ１８によって指示されるタイミングでサンプリングしてデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器８によって変換されたビート信号のデジタルデータは、マイクロコンピュータ１０に与えられ、距離及び相対速度を算出するための処理に用いられる。

タイマ１８は、Ａ／Ｄ変換器８がビート信号をサンプリングするタイミングを指示するため、サンプリング周期に相当する時間を計測するごとに、Ａ／Ｄ変換器８に対してサンプリング指示信号を出力するものである。このタイマ１８は、マイクロコンピュータ１０から計測開始が指示されると、サンプリング周期に相当する時間の計測を繰り返し実行し、その繰り返し回数が所定のサンプリング回数に達すると、計測を終了する。

なお、本実施形態では、前方走行車両等の対象物を検出すべき検出距離範囲よりも遠方領域に対応する、ビート信号の高周波領域の周波数成分を取得できるように、サンプリング周波数が設定され、そのサンプリング周波数からタイマが計測すべき時間が予め設定されている。例えば、車両用レーダの場合、検出距離範囲は通常１５０〜２００ｍまでであるが、本実施形態では、対象物との相対速度がゼロの場合、５１２ｍの距離に相当する３３３ｋＨｚまでの周波数成分をサンプリングすることができるように、サンプリング周波数が設定される。具体的には、標本化定理より、サンプリング周波数はその最大周波数（３３３ｋＨｚ）の少なくとも２倍以上（６６６ｋＨｚ）以上に設定される。これにより、エイリアス信号の発生を防止して、ビート信号に含まれる上記最大周波数までの周波数成分を正確にサンプリングすることができる。

マイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換器８からのデジタルデータに基づき、前方走行車両等の対象物との距離及び相対速度を算出する。マイクロコンピュータ１０は、それらの処理を行う際にデジタルデータに対して周波数解析処理としての高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するため、デジタルシグナルプロセッサを備えている。なお、算出された距離及び相対速度は、例えば、車間距離制御機能を有した定速走行制御装置に出力され、車間距離制御に利用される。

ここで、上述のように構成されたＦＭＣＷレーダ装置２における、対象物との距離及び相対速度の検出原理について説明する。図２（ａ）に示すように、周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）であるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信される。そのレーダ波が前方走行車両等の対象物によって反射されると、その反射レーダ波が受信アンテナＡＲにて受信される。そのとき、受信アンテナＡＲにて発生される受信信号ｆｒは、受信器６のミキサＭＸにてローカル信号Ｌ０と混合されることにより、ミキサＭＸから受信信号ｆｒとローカル信号Ｌ０（送信信号ｆｒ）との周波数の差に相当するビート信号が生成される。

なお、Ａ／Ｄ変換器８は、送信信号ｆｓの周波数変動周期の半周期毎、つまり周波数が漸増する周波数上昇区間及び周波数が漸減する周波数下降区間それぞれにおいて、ビート信号を設定されたサンプリング周期毎にサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。これにより、図２（ｂ）に示すように、周波数上昇区間及び周波数下降区間とでそれぞれビート信号が生成される。

図２（ａ）において、ＦＭＣＷレーダ装置２を取り付けた車両と、レーダ波を反射する対象物との移動速度が等しい（相対速度Ｖ＝０）場合、対象物で反射した反射レーダ波は、対象物との間の距離Ｄを往復するのに要する時間だけ遅延する。この場合、受信信号ｆｒは、送信信号ｆｓからその遅延時間分だけ時間軸に沿ってシフトしたものとなり、上昇区間ビート信号のピーク周波数ｆｂｕと下降区間ビート信号のピーク周波数ｆｂｄとは等しくなる（ｆｂｕ＝ｆｂｄ）。

一方、ＦＭＣＷレーダ装置２を取り付けた車両と対象物との移動速度が異なる（相対速度Ｖ≠０）場合、対象物で反射した反射レーダ波は、対象物との相対速度Ｖに応じたドップラシフトを受ける。このため、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄに応じた遅延時間分のシフトに加え、相対速度Ｖによるドップラ成分の分だけ、周波数軸に沿ってシフトしたものとなる。この場合、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、上昇区間ビート信号のピーク周波数ｆｂｕと下降区間ビート信号のピーク周波数ｆｂｄとは異なったもの（ｆｂ１≠ｆｂ２）となる。

このように、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖに応じて、時間軸及び周波数軸方向にシフトされる。換言すれば、送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの時間軸における周波数の差は対象物との距離Ｄに対応し、周波数軸における周波数の差は相対速度Ｖに対応する。それぞれの周波数は、下記の数式１及び数式２から求めることができる。
（数１）距離Ｄに対応する周波数ｆｂ＝（|ｆｂｕ|＋|ｆｂｄ|）／２
（数２）相対速度Ｖに対応する周波数ｆｄ＝（|ｆｂｕ|−|ｆｂｄ|）／２
これらの距離Ｄ及び相対速度Ｖに対応する周波数ｆｂ、ｆｄから、以下の数式３及び数式４によって、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出することが出来る。
（数３）Ｄ＝｛Ｃ／（４×ΔＦ×ｆｍ）｝×ｆｂ
（数４）Ｖ＝｛Ｃ／（２×ｆ０）｝×ｆｄ
なお、△Ｆは送信信号ｆｓの周波数変調幅、ｆ０は送信信号ｆｓの中心周波数、ｆｍは繰り返し周波数、Ｃは光速を表す。

次に、本実施形態におけるＦＭＣＷレーダ装置２における、他のレーダ装置のレーダ波との干渉の発生の判定方法について説明する。

近年、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置を始め、２周波ＣＷ方式、多周波ＣＷ方式、パルス方式、スペクトラム拡散方式のレーダ装置など、ミリ波帯の電波をレーダ波として利用し、対象物との距離等を検知するレーダ装置が車両において普及しつつある。このようなミリ波レーダに対しては、７６ＧＨｚ帯が主な使用周波数として割り当てられているので、他の車両に装備されたレーダ装置との干渉が発生する可能性がある。

例えば、図３に示すように、対向車両にレーダ装置が装備されていると、自車両のレーダ装置は、前方車両から反射された反射レーダ波に加えて、対向車両に装備されたレーダ装置からの他レーダ波も受信する場合がある。他レーダ波を受信すると、自車両のレーダ装置において、その他レーダ波の受信信号と、自レーダ波の送信信号との周波数の差に相当するビート信号が生成される。

そして、自車両のレーダ装置と他車両のレーダ装置とで、使用するレーダ波の周波数が近似・重複する場合、他レーダ波の受信信号に基づいて生成されたビート信号は、前方車両等の対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数成分を含むことになる。従って、他車両のレーダ装置との干渉が発生している場合には、上述した上昇区間ビート信号のピーク周波数ｆｂｕと下降区間ビート信号のピーク周波数ｆｂｄとから、前方車両との距離等を正確に求めることが困難になる。このため、ミリ波帯の電波をレーダ波として利用するレーダ装置では、他のレーダ装置との干渉の発生を精度良く判定し、何らかの干渉対策処理を施すことが必要である。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本実施形態に係わるＦＭＣＷレーダ装置２における、他レーダ装置との干渉を判定するための判定原理を説明するための説明図である。

図４（ａ）は、２周波ＣＷ方式、多周波ＣＷ方式、パルス方式、スペクトラム拡散方式のレーダ装置のように、他レーダ装置が一定周波数のレーダ波を送信し、その一定周波数が、ＦＭＣＷレーダ装置２の周波数変調範囲に含まれる場合の様子を示している。この場合、図４（ａ）に斜線によって示すように、他レーダ波を受信した受信信号と自レーダ波のローカル信号Ｌｏ（送信信号ｆｒと等価）との周波数の差は、大小に大きく変化する。

図４（ｂ）は、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置のように、他レーダ装置が周波数の変化するレーダ波を送信し、その周波数の変化範囲が、ＦＭＣＷレーダ装置２の周波数変調範囲と一部重複する場合の様子を示している。この場合も、図４（ｂ）に斜線によって示すように、他レーダ波を受信した受信信号と自レーダ波のローカル信号Ｌｏとの周波数の差は、大小に大きく変化する。

なお、他の車両のレーダ装置と自車両のレーダ装置とが、全く同じ周波数変調を施したレーダ波を送信する場合、すなわち、時間経過に伴うレーダ波の周波数変化の傾きがほぼ等しく、かつ周波数の上昇区間と下降区間とがほぼ同期する場合には、他レーダ波を受信した受信信号と自レーダ波のローカル信号Ｌｏとの周波数の差はほぼ一定となる。従って、この場合のビート信号は、狭帯域に現れて、ピーク周波数を示すものとなる。

しかしながら、各レーダ装置から全く同じ周波数変調が施されたレーダ波が送信されることは、レーダ方式や製造メーカの相違、さらには製品の個体差からあり得ず、時間経過に伴うレーダ波の周波数変化の傾きや上昇、下降の変化タイミングには差が生じることになる。このため、他レーダ波の受信信号と自レーダ波のローカル信号Ｌ０との周波数の差は、周波数変調における周波数変化の相違に基づいて、大小に大きく変化するのである。

図４（ａ），（ｂ）の場合とも、上述したように、他レーダ波の受信信号と自レーダ波のローカル信号Ｌ０との周波数の差が大小に大きく変化するため、その周波数差に相当するビート信号は、低周波から高周波までの広い周波数範囲にわたる周波数成分を持つことになる。従って、ＦＭＣＷレーダ装置２において、他のレーダ装置との干渉が発生したときには、周波数解析処理（高速フーリエ変換処理）によって図４（ｃ）に示すようなビート信号の周波数スペクトルを求めた場合、干渉による影響によって、低周波から高周波にわたって、各周波数成分の強度が高められた周波数スペクトルが得られることになる。なお、干渉による影響によって強度が強められる周波数成分の中には、対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数を超える高周波領域の周波数成分も含まれる。

図５に、ＦＭＣＷレーダ装置２が車両に搭載されたときに得られる、周波数上昇区間または下降区間におけるビート信号の周波数スペクトルの例を示す。なお、図５には、他のレーダ装置との干渉が有る場合と、干渉が無い場合とにおける、周波数スペクトルの例を示している。

図５に示すように、検出距離範囲内に前方走行車両が存在する場合には、その前方走行車両との距離及び相対速度に応じた周波数にピーク周波数が発生する。

さらに、ＦＭＣＷレーダ装置２の検知方向にガードレールやトンネル側壁等の奥行きのある路側物があると、ＦＭＣＷレーダ装置２の検出距離範囲においては、送信レーダ波が路側物に対して比較的深い（大きい）角度で入射されるので、ＦＭＣＷレーダ装置２に向かって反射する反射レーダ波が発生する。このため、図５に示す干渉無しの場合の周波数スペクトルの例では、ガードレールからの反射レーダ波の受信によって比較的広帯域に渡って周波数成分の強度が強められた状態が示されている。

しかしながら、図５に示す例では、ガードレール等の路側物があっても、検出距離範囲よりも遠方のエリアに相当する高周波帯においては、周波数スペクトルの強度が強められていない。その理由を、図６を用いて説明する。

図６に示すように、ＦＭＣＷレーダ装置２の検出距離範囲よりも遠方のエリアにガードレール等の路側物があっても、ＦＭＣＷ装置２から送信されるレーダ波は、その路側物に浅い（小さい）角度で入射される。このため、図６に示すように、入射されたレーダ波は、ＦＭＣＷ装置２に向かって反射されることなく、他の方向に向かって反射されるのである。

ただし、ＦＭＣＷレーダ装置２の検出距離範囲よりも遠方に、ビルや荷物を積載した大型車両等が存在し、そのビルや大型車両の積載物が、送信レーダ波に対して垂直な広い反射面を持つ場合には、そのビルや大型車両の積載物を対象物としてレーダ波が送受信される場合がある。しかし、この場合には、その対象物との距離及び相対速度に応じた、非常に狭い周波数範囲の周波数成分の強度が高められるだけである。

以上説明した諸々の要因を考慮すると、検出距離範囲よりも遠方のエリアに相当する高周波領域の周波数成分が全体的に強度が高められる状況は、図５における干渉有りの場合の周波数スペクトルの例のように、他のレーダ装置との干渉が発生したときのみに生じることがわかる。従って、本実施形態におけるＦＭＣＷレーダ装置２では、ビート信号の周波数解析処理を実行する際に、検出距離範囲よりも遠方のエリアに相当する高周波領域の周波数成分の強度（周波数スペクトル）も周波数解析処理によって求め、かつ、その高周波領域に属する周波数成分の強度の積分値を算出する。この強度積分値を用いることにより、ビート信号の高周波成分の強度が全体的に強められているか否かを判定することができるので、他のレーダ装置との干渉の発生の有無を精度良く判定することができる。

以下、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置２における、上述した干渉判定処理を含む対象物の検出処理を、図７のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１００において、前方走行車両等の対象物で反射した反射レーダ波を受信することにより受信器６から出力されるビート信号のデジタルデータが、周波数上昇区間及び周波数下降区間のそれぞれにおいて、設定されたサンプリング周期で所定個数づつ読み込まれ、ＲＡＭに一時保存される。

続くステップＳ１１０では、周波数上昇区間及び周波数下降区間のビート信号としてＲＡＭに保存された各デジタルデータに対して周波数解析処理（高速フーリエ変換処理）を実行する。この高速フーリエ変換処理の結果として、ビート信号の各周波数毎の複素ベクトルが得られる。この複素ベクトルの絶対値は、対応する各周波数の振幅（強度）を示すものである。すなわち、高速フーリエ変換処理によって、ビート信号に関して、周波数ごとの強度を示すスペクトルデータが得られる。なお、この周波数解析処理は、周波数上昇区間ビート信号と周波数下降区間ビート信号とに対して、別個に行なわれる。

次にステップＳ１２０では、周波数上昇区間及び周波数下降区間のビート信号の周波数スペクトルデータを用いて、所定の高周波数範囲に属する周波数成分の強度の積分値を求める積分処理を行う。例えば、図５に示す例では、前方走行車両との相対速度がゼロである場合に、その前方走行車両との距離が２５６ｍに相当する周波数１６６ｋＨｚが検出距離範囲の上限とされている。そして、強度の積分値を求める高周波数範囲は、図５に示す例では、２００〜３３３ｋＨｚ（斜線で示される）に設定されている。

ステップＳ１３０では、周波数上昇区間及び周波数下降区間のビート信号の高周波数範囲の強度積分値のいずれかが、他のレーダ装置との干渉を判定するための干渉判定閾値を越えているか否かを判定する。なお、干渉判定のためには、周波数上昇区間及び周波数下降区間のビート信号の少なくとも一方に関して、高周波数範囲の周波数成分の強度積分値を求めて、干渉判定閾値と比較すれば良い。

このステップＳ１３０にて、周波数上昇区間のビート信号と周波数下降区間のビート信号との高周波数範囲における周波数成分の強度積分値のいずれかでも干渉判定閾値を超えている場合には、ステップＳ１６０に進んで、他レーダ装置との干渉対策処理を実施する。

この干渉対策処理としては、他のレーダ装置において送受信されるレーダ波の周波数と異なる周波数のレーダ波を使用できるように、送信信号ｆｓの周波数変調範囲を移動させたり（周波数ホッピング）、送信アンテナＡＳ及び受信アンテナＡＲを９０度回転させて他レーダ波の受信感度を低下させたり（偏波面変更）、あるいは対象物との距離及び相対速度の検出を中止して、その旨を警告したりする。

一方、ステップＳ１３０にて、いずれの強度積分値も干渉判定閾値を超えていないと判定された場合には、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、ステップＳ１１０にて求めた周波数上昇区間ビート信号及び周波数下降区間ビート信号の周波数スペクトルデータから、上昇区間ピーク周波数及び下降区間ピーク周波数を抽出する。この場合、周波数上昇区間ビート信号及び周波数下降区間ビート信号の周波数スペクトルデータから、それらのスペクトル上でピークとなる全ての周波数を抽出して、その周波数をピーク周波数として特定する。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０にて抽出した上昇区間ピーク周波数と下降区間ピーク周波数とに基づいて、上述した数式１〜数式４を利用して、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを演算する。なお、上昇区間ピーク周波数及び下降区間ピーク周波数が複数ある場合には、時間的な変化の傾向等に基づいてペアマッチを行った後に、そのペアマッチされた上昇区間ピーク周波数及び下降区間ピーク周波数を用いて、それぞれの対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを演算する。

以上、本発明の好ましい実施形態に関して説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形、修正して実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、周波数上昇区間及び周波数下降区間のビート信号の周波数スペクトルデータを用いて、請求の範囲における「総和関連値」として、所定の高周波数範囲に属する周波数成分の強度の積分値を求めた。そして、強度積分値を干渉判定閾値と比較することによって、他レーダ装置との干渉の発生を判定した。

しかしながら、ビート信号の高周波成分の強度が全体的に強められているか否かを判定するための総和関連値として、強度積分値以外に、例えば高周波数範囲に属する各周波数成分の強度の中で、所定の強度判定閾値を越える強度を持つ周波数成分の数を求めても良い。すなわち、高速フーリエ変換を行った場合、図８に示すように、サンプリングデータ数に応じた分解能で、離散的に周波数成分の強度が求められる。従って、他レーダ装置との干渉が発生していない場合には超えることがないような大きさに設定された強度判定閾値を越える強度を持つ周波数成分の数が所定数（例えば全体の１／２）を超えた場合には、他レーダ装置との干渉によって高周波数範囲の周波数成分が全体的に強められた状況とみなすことができる。

また、上述した実施形態では、上昇区間及び下降区間ビート信号の高速フーリエ変換処理する際に、対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波領域の周波数成分をも出力するように構成した。フーリエ変換処理は、ＦＭＣＷレーダ装置２が、周波数上昇区間及び周波数下降区間ビート信号のそれぞれのピーク周波数を抽出するために本来備えている機能である。このように、既にＦＭＣＷレーダ装置２が備える機能を利用して、高周波領域に属する周波数成分の信号強度が得られるので、ＦＭＣＷレーダ装置２の構成を極力シンプルにすることができる。

しかしながら、別途、ビート信号に対して、対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波数領域の周波数成分を持つ信号のみを通過させるバンドパスフィルタもしくはハイパスフィルタを設けても良い。そして、そのフィルタ処理後の信号に対して周波数解析処理を行い、高周波数領域の各周波数成分の強度を求め、これらを積算もしくは強度判定閾値を超えた強度の周波数成分の数を算出することで、その高周波数領域に属する周波数成分の強度の総和に関連する総和関連値を求めることもできる。

また、上述した実施形態では、受信アンテナＡＲを１個のみ備える構成について説明したが、水平方向に沿って、複数の受信アンテナを設置しても良い。この場合、各受信アンテナが受信する反射レーダ波の振幅差や位相差を求めることにより、対象物の方位も検知することができる。この場合、受信アンテナの数に対応する数の受信器を設けても良いし、受信器を１つのみ設け、さらに複数の受信アンテナの１つを時分割で選択して受信器に接続する切替スイッチを設けても良い。

なお、受信アンテナを複数設けた場合には、いずれか１つの受信アンテナの受信信号によって生成されるビート信号から、他のレーダ装置との干渉の発生を判定しても良いし、各受信アンテナの受信信号によって生成されるビート信号の周波数スペクトルデータを平均し、その平均周波数スペクトルデータを用いて、他のレーダ装置との干渉の発生を判定しても良い。

本実施形態におけるＦＭＣＷレーダ装置の全体構成を表すブロック図である。レーダ装置における対象物の距離及び相対速度の検出原理について説明するものであり、（ａ）は送信信号ｆｓ及び受信信号ｆｒを示すグラフであり、（ｂ）は送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの周波数の差に相当するビート周波数を示すグラフである。他レーダ装置との干渉が発生する状況を説明するための説明図である。他レーダ装置との干渉を判定するための判定原理を説明するための説明図であり、（ａ）は、他レーダ装置が一定周波数のレーダ波を送信し、その一定周波数が、ＦＭＣＷレーダ装置２の周波数変調範囲に含まれる場合の様子を示し、（ｂ）は、他レーダ装置が周波数の変化するレーダ波を送信し、その周波数の変化範囲が、ＦＭＣＷレーダ装置２の周波数変調範囲と一部重複する場合の様子を示し、（ｃ）は、ビート信号の周波数スペクトルに対する干渉による影響を示す。ＦＭＣＷレーダ装置２が車両に搭載されたときに得られる、周波数上昇区間または下降区間におけるビート信号の周波数スペクトルの例を示すグラフである。ガードレール等の路側物などによる、ビート信号の周波数スペクトルに対する影響を説明するための説明図である。干渉判定処理を含む対象物の検出処理を示すフローチャートである。実施形態の変形例を説明するための説明図である。

符号の説明

２…レーダ装置、４…送信器、６…受信器、８…Ａ／Ｄ変換器、１０…マイクロコンピュータ、１２…Ｄ／Ａ変換器、１４…電圧制御発振器、１６…分配器、１８…タイマ、ＡＳ…送信アンテナ、ＡＲ…受信アンテナ素子、ＡＭＰ…増幅器、ＭＸ…ミキサ

Claims

周波数が上昇及び下降するように周波数変調された送信信号を発生する送信信号発生手段と、
前記送信信号発生手段によって発生された送信信号をレーダ波に変換して送出するレーダ波送出手段と、
前記レーダ波が対象物により反射された場合に、その反射レーダ波を受信して受信信号を発生する受信手段と、
前記送信信号の周波数上昇区間及び周波数下降区間において、前記受信手段が発生する受信信号と前記送信信号との周波数の差に相当する上昇区間ビート信号及び下降区間ビート信号をそれぞれ発生するビート信号発生手段と、
前記ビート信号発生手段によって発生される上昇区間及び下降区間ビート信号を周波数解析してピーク周波数をそれぞれ抽出する周波数解析手段と、
前記上昇区間ビート信号のピーク周波数と下降区間ビート信号のピーク周波数とに基づいて、前記対象物との距離及び相対速度を算出する距離・相対速度算出手段とを備えるＦＭＣＷレーダ装置において、
前記ビート信号発生手段によって発生される上昇区間ビート信号及び下降区間ビート信号の少なくとも一方の、前記対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波領域に属する周波数成分の信号強度の総和に関連する総和関連値を算出する総和関連値算出手段と、
前記総和関連値算出手段によって算出される総和関連値に基づいて、他のレーダ装置との干渉が生じたか否かを判定する干渉判定手段とを備えることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
前記周波数解析手段は、前記上昇区間及び下降区間ビート信号の少なくとも一方の周波数解析を行う際に、前記対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波領域の周波数成分をも出力するものであって、
前記総和関連値算出手段は、前記総和関連値として、前記周波数解析手段から出力される高周波領域の各周波数成分の強度を積分した強度積分値を算出することを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。
前記周波数解析手段は、前記上昇区間及び下降区間ビート信号の少なくとも一方の周波数解析を行う際に、前記対象物を検出すべき検出距離範囲に対応する周波数よりも高い高周波領域の周波数成分をも出力するものであって、
前記総和関連値算出手段は、前記総和関連値として、前記周波数解析手段から出力される高周波領域の各周波数成分の強度の中で、所定の強度判定閾値を越えた強度を持つ周波数成分の数を算出することを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。
前記周波数解析手段は、アナログ信号である前記上昇区間ビート信号及び下降区間ビート信号を所定のサンプリング周波数に従ってサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段を備え、当該Ａ／Ｄ変換手段におけるサンプリング周波数は、前記高周波領域の最大周波数の少なくとも２倍以上に設定されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＦＭＣＷレーダ装置。
前記総和関連値算出手段は、
前記高周波領域に属する信号を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出された前記高周波領域に属する周波数成分ごとの信号強度の積算値を、前記総和関連値として算出する積算手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。
前記総和関連値算出手段は、
前記高周波領域に属する信号を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出された前記高周波領域に属する周波数成分の強度の中で、所定の強度判定閾値を越えた強度を持つ周波数成分の数を、前記総和関連値として算出する成分数算出手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。